淺談V2發動機的連桿受力分析

王鳳云

【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）29-0220-02

一、 V2發動機的相關參數

V2發動機的相關參數：最大爆發力9Mpa，發動機形式V2 ，額定功率27kW，額定轉速4000r/min，最低穩定轉速700r/min，缸徑×行程79×80mm，曲柄半徑/連桿長度40mm/125.5mm，活塞組的重量1.33kg，活塞銷重量0.563kg，連桿往復部分重量0.543kg，連桿旋轉部分重量1.267kg。

連桿蓋和桿體的材料均為40Cr GB/T3077-1988，主要化學成份：碳C：0.37～0.44%；錳Mn：0.50～0.80%；硫S：允許殘余量≤0.035%；鉻Cr：0.80～1.10%； 鎳Ni：允許殘余量≤0.030%；銅Cu允許殘余量≤0.030%。力學性能：抗拉強度 σb （MPa）：≥980；屈服強度 σs （MPa）：≥785；

連桿螺栓的材料為35CrMoGB/T3077-1988，35CrMo在高中頻表面淬火或淬火及低、中溫回火后可用于制造承受沖擊、高載荷的各種機器中的重要零件，力學性能：抗拉強度σb （MPa）：≥985；屈服強度σs （MPa）：≥835；

連桿軸瓦的材料為ZCuPb10Sn10 GB/T1176-1987，ZCuPb10Sn10鑄造銅合金潤滑性、耐磨性能好，適合用雙金屬鑄造材料。主要化學成份有：錫 Sn ：9.0～11.0；鋅 Zn：≤2.0（不計入雜質）；鉛 Pb：8.0～11.0；鎳 Ni：≤2.0（不計入雜質）。

力學性能：抗拉強度 σb （MPa）：≥220；屈服強度 σ （MPa）：≥140；

二、受力分析：

連桿工作時， 一是受燃氣爆發力，對連桿起壓縮作用，二是活塞連桿組往復慣性力和旋轉慣性力，對連桿起拉伸作用。還有連桿小頭安裝的襯套、大頭孔安裝的連桿軸瓦作用在孔徑上的壓力，及連桿螺栓預緊力產生附加載荷。在受力分析時，近似認為最大燃氣爆發力和往復慣性力均在上止點附近出現，兩者可以疊加。理想做法是用有限元法對連桿在四個沖程循環中進行動態分析，會得到理想的結果，但計算過程過于復雜。因連桿破壞大都是拉、壓疲勞斷裂所致，故計算時選擇了連桿在受最大壓力和最大拉力兩種情形來計算應力的分布。在計算分析時，連桿受最大拉力工況出現在進氣沖程開始的上止點附近，最大壓力工況則出現在做功沖程開始的上止點附近。

連桿是作高速復雜平面運動的構件，它的靜力分析模型還不能完全真實地反映連桿在工作時的受力情況。因此，有必要對連桿結構的靜力分析模型作進一步的改進。連桿準動態分析模型就是在其靜態分析模型的基礎上，通過考慮其體積力而對載何作重新計算和處理所得到的。根據達朗貝爾原理，只要在作用于連桿的力系中引入相應的慣性力，即體積力，就可以將求解連桿的動力問題化為相應的靜力問題。為了進一步簡化這種計算，在計算中不考慮連桿振動的影響。

1.最大拉伸力最大拉伸力出現在進氣沖程開始的上止點附近，其值為活塞組和連桿本身質量的慣性力（ 摩擦力小，可忽略） ，其中小頭內孔受力為上端120°范圍內，大頭內孔受力為下端180°范圍內。

2.最大壓縮力

最大壓縮力出現在做功沖程開始的上止點附近，其值為最大爆發壓力減去活塞連桿組本身的慣性力。其中小頭內孔受力為上端180°范圍內，大頭內孔受力為下端120°范圍內。

3.連桿螺栓預緊力

連桿螺栓主要作用是連接連桿蓋和連桿體，保證桿身和連桿蓋在任何工況下不發生分離和橫向錯位，均能可靠結合。在發動機工作過程中，活塞組和連桿等在工作過程中產生了往復慣性力和旋轉慣性力，使連桿螺栓承受拉伸載荷。

連桿螺栓在發動機高速運轉時承受的負荷最大，為了防止連桿蓋和連桿體發生分離，在裝配時須對連桿螺栓加足夠的預緊力，為使軸瓦緊貼瓦座，裝配時對連桿螺栓還有一個附加預緊力，兩力之和為螺栓的預緊力。螺栓的預緊力既是螺栓承受的拉力，也是連桿與連桿蓋之間的壓縮力，兩者互為反作用。工作過程中，在往復慣性力作用下，螺栓被進一步拉長，而大頭的被壓情況則有所松弛，彈性壓縮變形量減小，于是螺栓與大頭間的互為反作用的預緊力部分卸載，變為殘余預緊力，因此工作時螺栓承受的最大載荷僅為工作載荷與殘余預緊力之和，或者說是預緊力與部分工作載荷之和，而不是預緊力與工作載荷的直接疊加，工作時螺栓的載荷在最小值與最大值間波動 。

對于一定預緊力有一臨界工作載荷，此時對應連桿大頭結合面間的壓力為零，若最大工作載荷超過一定值時，結合面就會脫開。所以，為了保證工作時連桿大頭結合面不會脫開，預緊力與工作載荷必須滿足一定的數值。